阿西莫夫最新科学指南-下 [美]-第59部分
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而
LSD就是现在所谓的致幻剂中的一种。
有些人喜欢他们在致幻剂影响下所经历的感觉，他们把这种
幻觉状态叫做头脑延伸——这似乎是说他们感受到或以为自己感
受到比正常情况下更多的东西。可是，酗酒者进入震颤性谵妄状
态后也有同样的感觉。这种比较看上去好像很刻薄，其实不然。
因为研究结果表明，在某些情况下，很小剂量的
LSD就会引起类
似精神分裂症的许多种症状！
这些意味着什么呢？血清素在结构上很像一种叫色氨酸的氨
基酸，并能被一种叫胺氧化酶的酶所分解。脑细胞中含有这种酶。
假设出现了一种结构上类似血清素的物质，使胺氧化酶忙于分解
它（如麦角酸）而无力他顾。随着分解酶停止工作，血清素将在脑
细胞中越聚越多，可能会达到过高的浓度。这就会破坏脑中血清
素的平衡，并可能导致进入精神分裂的状态。
会不会精神分裂症就是由自然原因带来的这种失调而引起的
呢？精神分裂症有遗传的倾向。这一点的确令人感到某种代谢失
调（而且是一种受基因影响的代谢失调）和这种病有关。
1962年，
人们发现通过某种处理过程，可以在许多精神分裂症患者的尿中
找到一种物质，而未患此症的人的尿中不含这种物质。最终人们
发现这种物质是一种叫做二甲氧基苯乙基胺的化学物质，它的结
构介于肾上腺素和仙人掌毒碱之间。换句话说，某些精神分裂症
患者似乎是由于某种代谢差错而在体内自制致幻剂，从而实际上
第十七章 头 脑
第十七章 头 脑
永远处于麻醉品所造成的麻木状态。
并不是每个人对某一给定剂量的这种或那种药品都有同样的
反应。但是，拿脑的化学机制闹着玩显然是很危险的。不论为了
多少“头脑延伸”的快乐，变成心理残废这样一种代价肯定是太高
了。然而，社会对麻醉药的使用（特别是大麻的使用，至今未能确
切证明大麻和其他致幻剂一样有害）久禁不止。许多猛烈抨击使
用这种或那种麻醉品的行为的人，自己本身却有烟瘾或酒瘾。烟
草和酒精由于使用者极多，对个人和社会都造成了很大损害。这
种对人严对己宽的虚伪态度会损害反麻醉品运动的信誉。
记忆
神经化学还给最终弄明白称做记忆的那种难以捉摸的智力特
征带来了希望。记忆看起来可以分成两类，即短期记忆和长期记
忆。如果你查到了一个要打的电话号码，那么在拨号前把它记在
脑子里是不难的。打完电话以后，你一般就会忘掉这个号码，而且
很可能再也不会记起它。然而，一个你常用的电话号码会进入长
期记忆的范围，即使停用数月之久，还是不难回想起来。
但是我们还是会忘掉许多我们一般认为是属于长期记忆的东
西。我们忘记的很多，而且真遗憾，甚至还往往忘记不少极其重要
的东西（这一点每一个参加过考试的学生都深有体会）。然而真的
我们就把这些都忘光了吗？它们是真的彻底消失了，还是仅仅因
为存得太牢靠一时找不出来了呢？是否可以说它们是被太多的无
关的东西埋没了呢？
一记轻叩发掘出了这种隐藏的记忆。在蒙特利尔麦吉尔大学
工作的美国出生的外科医生彭菲尔德，在一次做脑部手术时，偶然
不小心碰到了患者脑部的某一个位置，使患者听到了音乐声。接
下去再试叩这个地方，患者每次都听到音乐。通过这种叩击，患者
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能完整地重温一遍过去的某个经历，同时对当前发生的事情保持
相当清醒的知觉。看起来恰到好处的刺激能源源不断地引出极其
准确的记忆。有关的大脑区域叫做解释皮质。偶然轻叩皮质的这
一区域可能会引起回忆幻想（即感到某件事以前曾发生过）的现象
以及超感知觉的其他各种表现。
但是，如果记忆是如此的详细，脑子怎么能装下那么多呢？据
估计，一个人的脑子在一生中能装下
1
×1015（1000万亿）单位的信
息。要存下这么多信息，每个存贮单元的尺寸只能和分子差不多
大。如果它们比分子大，脑子就装不下了。
目前人们猜测是核糖核酸（
RNA）分子。令人惊奇的是，神经
细胞富含
RNA，其含量高于身体中几乎所有其他细胞中的
RNA
含量。这一点令人惊奇是因为
RNA在蛋白质的合成中起作用
（见第十三章），所以一般来说在大量生产蛋白质的组织中往往含
量特别高。这些组织大量生产蛋白质是因为它们正在迅速生长，
或者是因为它们正在大量生产富含蛋白质的分泌液。然而神经细
胞却完全不属于这两种类型。
瑞典神经病学家海登发明了一整套技术，可以将单个细胞从
脑上分离下来并分析其
RNA含量。他开始强迫大白鼠学习新的
技巧，比如在一根金属线上长时间保持平衡等。到了
1959年，他
发现被迫学习的大白鼠脑细胞中
RNA的含量比其他正常生活的
大白鼠高出
12％。
RNA分子很大，结构也很复杂。如果存贮记忆的每个单元都
是具有独特形式的
RNA分子，那么我们就根本不用担心记忆容
量的问题。RNA分子可能具有的形式太多了，即使像一千万亿这
样大的数字也显得微不足道。
但是我们仅仅考虑
RNA本身是不是就够了呢？RNA分子是
根据染色体内
DNA（脱氧核糖核酸）分子的形式形成的。是不是
第十七章 头 脑
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说我们每个人在出生时带来的 DNA分子里有一大批潜在记
忆——好比一个记忆库，而实际事件则取出和激活这些潜在记忆
并对之作适当修改呢？
而且是不是追踪到 RNA就到头了呢？RNA的主要功能是形
成特定的蛋白质分子。会不会是造出的蛋白质，而不是 RNA本
身，才是真正与记忆有关的物质呢？
检验这种假说的一个方法是采用一种叫做嘌呤霉素的药物。
这种药能对由 RNA产生蛋白质的过程起干扰作用。由美国人
L。 B。 弗莱克斯纳和 J。 B。 弗莱克斯纳夫妇组成的研究小组利用条
件作用教会大白鼠走迷宫，然后立即给它们注射嘌呤霉素，结果大
白鼠忘掉了刚学会的迷宫走法。RNA分子依然存在，但是关键的
蛋白质分子已无法形成了。利用嘌呤霉素，弗莱克斯纳夫妇发现
可以用这种办法抹去大白鼠的短期记忆，却不能抹去它们的长期
记忆。也许是因为有关长期记忆的蛋白质早已形成了。
然而，很有可能记忆的实质更加微妙，因而远不能仅仅在分子
层次就完全解释清楚。有现象表明，记忆很可能还和神经活动的
形式有关系。这个领域尚有许多问题需要解决。
自 动 机
但是，直到最近人们才将全部的科学资源投入到对生命组织
和器官功能的分析上来，以便能用人造的机器去模仿它们的功能
（这些功能是经过几十亿年进化，通过无数次试探才发展出来的）。
这种研究叫做仿生学，美国工程师斯蒂尔 1960年创造了这个词
（英语仿生学一词是由生物学和电子学两词的各一部分缩合而成
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的，但实际上仿生学的领域远远超出了这二者的范围）。
作为仿生学研究的一个例子，让我们来看看海豚皮的构造。
如果海豚周围的涡流与和它一样大小的船只周围的涡流一样强，
那么它就需要
2。6马力的功率才能达到它平常的游速。由于某种
原因，水在流过海豚周围时不起涡流，所以海豚只消耗很小的功率
就能克服水的阻力。这好像是由于海豚皮的性质造成的。如果我
们能使船只外壁达到这种效果，则可以提高远洋轮船的航速并同
时减少其燃料消耗。
还有，美国生物物理学家莱特温将微小的铂电极插入青蛙的
视神经以详细地研究其视网膜。他发现，视网膜并不是将一大堆
乱七八糟的亮点和暗点直接送给脑子，让脑子承担全部的解释工
作。视网膜上有五种不同的细胞，每种都有独特的功能。一种细
胞专门对边缘起反应，也就是对亮度的大幅度变化比较敏感（比如
一棵树的背景是天空，在它的轮廓线两侧就有很大的明暗差异）。
第二种细胞对暗而弯曲的物体起反应（蛙捕食的昆虫）。第三种细
胞对快速移动的物体起反应（应该迅速避开的危险动物）。第四种
细胞对逐渐变暗的光线起反应，而第五种则对池塘水的蓝色起反
应。换句话说，从视网膜发往脑部的信息已经经过了相当程度的
分析。如果在人造的传感器中用上青蛙视网膜的窍门，那么这些
传感器就会在灵敏度和用途方面超出现在的水平。
但是，如果我们真的准备建造一部能模仿某种生物机构的机
器，那么最吸引人的莫过于去模仿那最令我们着迷的独特机
构——人脑了。
人脑并不仅仅是一部机器，这一点是可以肯定的。另一方面，
即使人脑这个肯定是我们所知的最复杂的物体或现象，也有某些
方面让我们在某种程度上想到机器。而这种相似可能是很重要
的。
第十七章 头 脑
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这样，如果我们分析一下是什么使人的头脑和其他头脑有所
不同（更不用说与无脑物体之间的差异了），我们可能会产生这样
一个想法，即比起任何其他物体，不论是活的还是无生命的，人脑
更明确地是一个自调节系统。它不但能控制自身，而且能控制它
周围的环境。它并不是靠退让的方法对付环境的变化，而是根据
它自己的需要和标准做出反应。让我们看看一部机器在这种能力
方面能够接近人脑到什么程度。
最简单的自调节机械设备大约要算受控阀门了。早在公元
50年，亚历山大的海洛就设计了几种简陋的受控阀，并在一个装
置中使用了这样一个阀门来自动分送液体。在
1679年，帕潘发明
了一个高压锅，就是一个最基本的安全阀的例子。为了使锅盖不
被蒸汽压力掀开，他在盖子上放了一个重物，但他选择的重量恰到
好处，使锅里压力还没大到足以使锅爆炸时就能把盖子顶开。今
天家用高压锅为达到这一目的使用了许多更复杂的装置（比如一
个当温度太高时会熔化的塞子），但是基本原理还是一样的。
反馈
当然，这是一种一次性的调节。但是也不难找到连续调节的
例子。一个名叫李的英国人发明了一种简单的连续调节装置，并
于
1745年获得专利。他的这种装置能使风车总是保持正对着风
来的方向。他设计了一个带小叶片的尾扇；如果风向转移，就会吹
动尾扇；尾扇叶片的转动会带动一系列齿轮传动装置，并使风车本
身改变方向，直到风车的主叶板转到正对着新的风向。在这个位
置，尾扇的叶片不会转动，只有当风车本体没有对正风向时才会转
动。
但是，现代机械自调节器的原型还得数瓦特为他的蒸汽机发
明的离心调速器（见图
17…4）。
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图 17…4瓦特的调速器
为了使蒸汽发动机排出的蒸汽保持平稳，瓦特构想出了一个
装置，它包括一根垂直的轴，轴上横向以铰接的方式联着两根金属
棒，每根棒的端部装有一个重锤，重锤可以上下移动。蒸汽压力使
垂直轴旋转，压力上升则转速提高，于是离心力使重锤上升。重锤
上升使一个阀门部分关闭，使蒸汽流动变慢，随着蒸汽压力的下
降，轴的转速也下降，重力使重锤向下移动，从而使阀门打开。这
样，离心调速器就能使轴的转速以及输出的功率维持在一个固定
的水平上。如果转速或功率偏离这一水平，就会引起一连串动作
并最终导致改正这种偏离。这就叫反馈：误差本身不断送回信息；
并且，所需的修正量的大小是由误差大小所决定的。
恒温器是我们所熟悉的一种反馈装置。荷兰发明家德雷贝尔
在 17世纪早期首先使用了原始的恒温器。1830年，苏格兰化学
家尤尔发明了一种更复杂的恒温器的原理，按这种原理制作的恒
温器至今仍在使用。这种恒温器的基本部件是面对面焊在一起的
两条不同的金属。由于两种金属在温度发生变化时膨胀和收缩率
不同，这种金属条部件会弯曲。假定把恒温器定在 70℉，当室温
第十七章 头 脑
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降到这个温度以下时，温差电偶会向某一方向弯曲，使电路导通并
打开供暖系统；如果室温超过
70℉，温差电偶会向相反方向弯曲
并使电路断开。这样，供暖设备通过反馈调节自己的工作状态。
人体的活动也以同样的方式受到反馈的控制。这方面例子很
多，比如血液中葡萄糖的浓度是由分泌胰岛素的胰腺控制的，就像
屋子里的温度由供暖设备控制一样。而且，正如供暖设备的运转
受温度相对于标准值的偏移量的控制一样，胰岛素的分泌也是决
定于血液中葡萄糖浓度偏离标准的多少。如果葡萄糖浓度过高，
胰腺就会开始分泌胰岛素，就像过低的室温会打开供暖设备一样。
恒温器的设定温度可以向上调，而人体内部的某种变化，如肾上腺
素的分泌，同样也能将人体活动的标准值提高。
美国生理学家
W。 B。坎农将生物体为维持某一不变的标准值
所进行的自调节称做内环境稳定。在
20世纪的最初几十年中，
W。 B。坎农是研究这种现象的一位先驱者。
生命系统中的反馈过程和机器中的反馈基本上是一样的，一
般也没有人用另外的名词来描述这种现象。在讲到寻求有意识地
控制自主神经功能时用到“生物反馈”一词，这是为了方便而人为
引入的区别。
大部分系统，不论是有生命的还是无生命的，在对反馈做出反
应时都会有短时间的滞后。例如，在供暖系统关上以后，还会继续
辐射出一段时间的余热；
